Zapisz jako PDF

Pracownia EEG / EEG spoczynkowe, artefakty
Spis treści
1 Podstawowe grafoelementy zapisu EEG i ich główne cechy
1.1 Rytm
1.2 Rytm
1.3 Rytm
1.4 Rytm μ
1.5 Rytm
1.6 Fale
1.7 Wrzeciona snu
1.8 Kompleksy K
1.9 Fale piłokształtne
1.10 Wierzchołkowe fale ostre
1.11 Iglice
2 Artefakty
2.1 Niewłaściwie umocowanie elektrod
2.2 Pocenie się
2.3 Mruganie
2.4 Ruchy gałek ocznych na boki
2.5 Elektryczna Czynność Mięśni — EMG
2.6 Czynność elektryczna serca
2.7 Żucie, ruchy języka
2.8 Drżenie kończyn
2.9 Chodzenie osób w pobliżu badanego
2.10 Artefakty związane z ruchem badanej osoby.
2.11 Redukcja artefaktów
3 Ćwiczenia: rejestracja EEG z artefaktami oraz EEG spoczynkowego
3.1 Przypomnij sobie:
3.2 Rejestracja
3.3 Praca z sygnałami
3.4 ICA (ćwiczenie dodatkowe)
Podstawowe grafoelementy zapisu EEG i ich główne cechy
Rytm
Przebieg rytmu delta zaprezentowano na rysunku 1. Jest to wysokoamplitudowa aktywność o niskiej
częstości (0-4 Hz) i czasie trwania co najmniej 1/4 s. Do celów praktycznych przyjęto, że dolną
granicą częstości jest 0,5 Hz. Pojawiające się podczas głębokiego snu fale delta o amplitudzie
przekraczającej 75 V nazywa się falami wolnymi (ang. slow wave activity, SWA). Występowanie
SWA spowodowane jest wysoką synchronizacją neuronów kory (większą synchronizację spotyka się
tylko podczas ataku epilepsji). Fale delta rejestruje się także podczas głębokiej medytacji, u małych
dzieci i w przypadku pewnego rodzaju uszkodzeń mózgu.
Fale delta w czasie snu w zapisie polisomnograficznym.
Rytm
Rytmem teta (and. theta) (rys. 2) nazywamy aktywność w paśmie częstości od 3 do 7 Hz i rozpiętości
(ang. peak-to-peak) rzędu kilkudziesięciu μV. Charakterystyczne fale teta występują np. w okresie
snu płytkiego — przypuszcza się że w tym czasie następuje przyswajanie i utrwalanie uczonych
treści. Fale teta są najczęściej występującymi falami mózgowymi podczas medytacji, transu, hipnozy,
intensywnego marzenia, intensywnych emocji. Odmienny rodzaj fal teta jest związany z aktywnością
poznawczą, kojarzeniem (w szczególności uwagą), a także procesami pamięciowymi (tzw. rytm FMΘ
— frontal midline theta). Jest on obserwowany głównie w przyśrodkowej części przedniej części
mózgu.
Cechy charakterystyczne:
Rytmiczny przebieg o częstości 3-7 Hz.
Najwyższa amplituda w stanie czuwania w okolicach linii środkowej i obszarach skroniowych.
Rozkład amplitudy symetryczny na półkulach określonych przez płaszczyznę strzałkową
Cechy patologiczne:
Asymetryczny rozkład amplitudy (dominacja rytmu na jednej półkuli) bądź też jego
występowanie w zapisie tylko na jednym odprowadzeniu może świadczyć o patologii.
Przykład rytmu teta we śnie.
Rytm
Fala alfa to jedna z najwcześniej zaobserwowanych struktur (grafoelementów) EEG. Reprezentuje
ona rytmiczną aktywność kory mózgowej w paśmie 8-12 Hz. Występowanie rytmu alfa przypisuje się
stanowi relaksu z zamkniętymi oczami. Fale alfa najlepiej widoczne są w odprowadzeniach
potylicznych, czyli z okolic kory odpowiadającej za przetwarzanie informacji wzrokowych. Rytm o
częstości w paśmie alfa rejestrowany w okolicach kory motorycznej nazywany jest rytmem mi (ang.
mu), ze względu na kształt fali przypominającej literę μ. Wykazuje on istotny zanik w momencie
wykonywania ruchu przez człowieka lub tylko zamierzenia jego wykonania.
Rytm alfa fundamentalne znaczenie w analizie EEG snu. Mimo, że nie występuje podczas właściwego
snu to świadczy o „przedsennym” czuwaniu pacjenta, a jej zanik oznacza przejście ze stanu czuwania
do płytkiego snu. Fale alfa zanikają także podczas wysiłku umysłowego, np. wykonywaniu działań
matematycznych albo przy otwarciu oczu i zadziałaniu na nie światła. Blokowanie rytmu alfa jest
wyrazem desynchronizacji aktywności neuronów, zachodzącej pod wpływem koncentracji umysłowej
lub stymulacji narządów zmysłów. Przebieg fali alfa zaprezentowano na rysunku 3 i rysunku 4
Rytm alfa w zapisie polisomnograficznym szczególnie wyraźnie widoczny w odprowadzeniu O2
(referencja do uśrednionego potencjału z uszu).
Rytm alfa w zapisie polisomnograficznym szczególnie wyraźnie widoczny w odprowadzeniu O2
(referencja do uśrednionego potencjału z uszu). We wstawce widoczna jest estymata widma gęstości
mocy z zaznaczonego fragmentu sygnału.
Cechy charakterystyczne:
Podstawowy rytm prawidłowego zapisu EEG u dorosłej osoby.
Quasi harmoniczny przebieg o częstości 7-13 Hz.
Wzrost amplitudy po zamknięciu oczu, w stanie relaksu czy czuwania z zamkniętymi oczami.
Zanika po otwarciu oczu.
Fale alfa najlepiej widoczne są w odprowadzeniach tylnych, czyli z okolic części kory
odpowiadającej za przetwarzanie informacji wzrokowych. Czasem jednak może propagować się
w kierunku obszarów tylno skroniowych i ciemieniowych.
Występuje mniej lub bardziej symetrycznie względem płaszczyzny strzałkowej, zwykle jednak
ma większą amplitudę nad półkulą dominującą. Zbyt duża asymetria amplitudy rytmu alfa lub
też jego brak po jednej stronie zawsze świadczy o jakiejś patologii. Często jednak przyczyną
takiej asymetrii jest niewłaściwe umieszczenie elektrod na głowie bądź budowa anatomiczna
czaszki.
Cechy patologiczne:
Częstość rytmu ulega zmniejszeniu pod wpływem takich czynników jak: choroby metaboliczne,
wczesne fazy otępienia, leki.
Rytm μ
Cechy charakterystyczne:
Rytmiczny przebieg o częstości od 7-11 Hz, z uwagi na co często mylony z rytmem alfa.
Wyraźny przebieg, kształtem przypominający grecką literę μ.
Zanika w trakcie wykonywania ruchu bądź nawet pod wpływem samego jego wyobrażenia.
Rytm
Rytm beta. Na osi pionowej - amplituda w μV, na osi poziomej - czas.
Fale beta (rys. %i 5) to niskoamplitudowe oscylacje o częstości w przedziale 13-30 Hz. W paśmie
beta wyróżnia się następujące przedziały: wolne fale beta (12-15 Hz), właściwe, średnie pasmo beta
(15-18 Hz) i szybkie fale beta, o częstości powyżej 19 Hz. Ta mało zsynchronizowana praca
neuronów charakteryzuje zwykłą codzienną aktywność kory mózgowej u człowieka, percepcję
zmysłową i pracę umysłową. Specyficzna aktywność beta towarzyszy również stanom po zażyciu
niektórych leków. Fale beta zazwyczaj występują w okolicy czołowej. Obrazują one zaangażowanie
kory mózgowej w aktywność poznawczą. Fale beta o małej amplitudzie występują podczas
koncentracji uwagi, gdy mózg nastawiony jest na świadomy odbiór bodźców zewnętrznych za
pomocą wszystkich zmysłów. Cechy charakterystyczne:
Rytmiczny przebieg o częstości od 13 do 30 Hz.
Amplituda nie zmienia się pod wpływem otwarcia lub zamknięcia oczu.
Najwyższa amplituda w okolicach czołowo-centralnych.
Asymetryczny zanik rytmu w trakcie wykonywania ruchu lub nawet jego wyobrażenia. Zanik
obserwowalny jest w zapisie EEG z elektrod umieszczonych nad obszarami mózgu
odpowiedzialnymi za kończynę wykonującą ruch (kontralatralnie czyli po przeciwnej stronie
niż kończyna).
Fale
Rytm gamma. Na osi pionowej - amplituda w μV, na osi poziomej - czas.
Fale gamma (rys. %i 6) to fale mózgowe o częstości w okolicach 40 Hz (30-80 Hz). Aktywność w
paśmie 80-200 Hz określa się natomiast jako wysokoczęstotliwościową (ang. high) gammę. Rytm
gamma towarzyszy aktywności ruchowej i funkcjom motorycznym. Fale gamma związane są też z
wyższymi procesami poznawczymi, m. in. percepcją sensoryczną, pamięcią. Przypuszcza się, że rytm
gamma o częstotliwości około 40 Hz ma związek ze świadomością percepcyjną (dotyczącą wrażeń
zmysłowych i ich postrzegania) oraz związany jest z integracją poszczególnych modalności
zmysłowych w jeden spostrzegany obiekt. Aktywność high-gamma występuje podczas aktywacji kory
mózgowej, zarówno przez bodźce zewnętrzne (np. dotykowe, wzrokowe), jak i wewnętrzne
(przygotowanie ruchu, mowa). Fale o częstościach 100-250 Hz nazywane są ripples. Rejestruje się je
w sygnale z implantowanych mikroelektrod, a wysoko częstościową aktywność fast ripples (250-600
Hz) w szczególności u pacjentów z epilepsją, w obszarze ogniska epileptycznego.
Wrzeciona snu
Wrzeciona snu (ang. sleep spindles) (rys. %i 9) to charakterystyczne struktury zaobserwowane już
niemal od samych początków historii pomiarów EEG. Występują podczas umiarkowanie głębokiego
snu. Wrzecionami snu nazywamy aktywność o częstości 11-15 Hz i czasie trwania 0,5-1,5 s.
Obwiednia tych krótkich salw dość szybkiej aktywności o niewielkiej amplitudzie przypomina kształt
wrzeciona. Wrzeciona pojawiają się we wszystkich odprowadzeniach, z tym, że ich amplituda i
częstość może się nieznacznie zmieniać przy przejściu od przodu do tyłu głowy (od wrzecion
„wolnych” po „szybkie”). Wrzeciona snu mogą występować w parach z kompleksami K.
Trzy wrzeciona snu.
Kompleksy K
Kompleksy K (ang. K-complexes, w Polsce często nazywane zespołami K), (rys. %i 9) mogą pojawiać
się pojedynczo lub też w serii po dwa podczas umiarkowanie głębokiego snu. Definiuje się je jako
dwufazową (ostry spadek poprzedzony dodatnim maksimum), wysokonapięciową (to największe
maksimum strefy), nisko częstotliwościową falę związaną z wrzecionami snu, przy czym jej czas
trwania powinien przekraczać 0,5 s. Obecnie wymaga się aby struktury te miały częstość 1-4 cykli/s,
amplitudę co najmniej dwa razy większą od średniej amplitudy tła i czas trwania 0,5-2 s. Amplituda
kompleksu K jest zazwyczaj największa na czubku głowy. Kompleksy K mogą podczas snu
występować spontanicznie lub też w odpowiedzi na bodźce.
Kompleksy K z następującymi po nich wrzecionami snu.
Fale piłokształtne
Fale piłokształtne (ang. sawtooth waves) pojawiają się w EEG w czasie snu w fazie REM, są to
wierzchołkowe, ujemne fale o umiarkowanej częstości i amplitudzie. Z definicji falą piłokształtną
nazywa się pojedyncze lub zgrupowane po kilka fale o częstości 6-10 Hz, amplitudzie rzędu
kilkudziesięciu μV i wyraźnym kształcie zębów piły.
Wierzchołkowe fale ostre
Wierzchołkowe fale ostre (ang. vertex sharp waves) występują pod koniec okresu płytkiego snu.
Aktywnością tą określa się ostry potencjał, maksymalny w okolicy wierzchołkowej, ujemny w
stosunku do innych pól, o amplitudzie zmiennej, rozpiętości często dochodzącej do 250 μV.
Wierzcholkowa fala ostra.
Iglice
Iglice (ang. spikes), to termin ograniczony do padaczkopodobnych wyładowań, obserwowanych także
w zapisie międzynapadowym EEG. Są to grafoelementy wyraźnie wyróżniające się z czynności
podstawowej, z ostrym wierzchołkiem i często następującą po nim falą wolną. Czas trwania iglicy
wynosi zazwyczaj od 20 do 70 milisekund, a amplituda co najmniej dwa razy większa o od amplitudy
tła w obrębie około 5 sekund.
Artefakty
Niewłaściwie umocowanie elektrod
Jednym z bardzo ważnych etapów przed wykonaniem rejestracji czynności elektrycznej mózgu jest
umieszczenie na powierzchni głowy elektrod pomiarowych. Elektrody te powinny być rozlokowane
zgodnie z wybranym uprzednio standardem (np. 10-20, czy 10-10). Lokalizacja elektrod w badaniu
EEG była tematem IX spotkania na Pracowni Sygnałów Bioelektrycznych i nie będzie omawiana już
w bieżących materiałach. W tym miejscu zapoznamy się bliżej z konsekwencjami nieprawidłowego
umocowania elektrod na głowie badanej osoby. Jak wiemy, poszczególnym obszarom kory mózgowej
można przypisać aktywność związaną z określoną czynnością behawioralną, np. w trakcie czuwania z
zamkniętymi oczami, w płatach potylicznych powstaje rytmiczna czynność o częstości 7-13 Hz. Z
kolei w trakcie planowania bądź wykonywania ruchu zachodzą zmiany w czynności elektrycznej
mózgu w obszarach bruzdy Rolanda, nad którą zlokalizowane są miejsca przyłożenia elektrod C3, Cz
i C4. Czynność elektryczna mózgu jest bardzo słaba (zwykle wynosi od kliku do kilkudziesięciu μV) i
szybko zanika wraz z odległością. Elektroda umieszczona w niewłaściwym miejscu (np. przesunięta o
1 cm względem prawidłowego położenia), nie będzie rejestrować interesującej nas czynności
elektrycznej mózgu. Kolejna bardzo istotna kwestia, to przygotowanie skóry w miejscu przyłożenia
elektrody. Najbardziej zewnętrzna cześć skóry — naskórek, jest martwy, zrogowaciały i pokryty
tłuszczem. Powoduje to, iż opór elektryczny skóry jest bardzo duży (rzędu MΩ) i uniemożliwia
rejestrację EEG. Pomiar tego sygnału nie może bowiem odbywać się na drodze „radiowej”, to jest np.
za pomocą elektrody umieszczone w pewnej odległości od powierzchni głowy. Wynika to z warunków
brzegowych dla pola elektrycznego na granicy ośrodka przewodzącego i próżni.
Podsumowując, rejestracja sygnału EEG wymaga dobrego kontaktu elektrod ze skórą pacjenta,
umożliwiającego przewodzenie prądów elektrycznych, będących wynikiem elektrycznej aktywności
mózgu. W szczególności dotyczy to tzw. elektrody GND oraz referencyjnej. Niewłaściwe umocowanie
tych elektrod na powierzchni głowy będzie skutkować zakłóceniem pomiaru na wszystkich
elektrodach. Odpowiednie schematy połączeń elektrod ze wzmacniaczem EEG znajdują się w
skrypcie o EEG. Brak dobrego kontaktu powoduje następujące efekty uboczne:
Tłumienie sygnału (patrz wzór na zajęciach z Pracowni Sygnałów Bioelektrycznych).
Zakłócanie pomiaru EEG przez pole elektryczne od sieci zasilającej, widoczne w postaci
harmonicznego sygnału o częstości 50 Hz i relatywnie wysokiej amplitudzie w porównaniu z
amplitudą sygnału EEG.
„Trzaskanie elektrod”. Polega ono na krótkotrwałym braku kontaktu części elektrody ze skórą.
Powoduje to nagłą zmianę potencjału, kształtem przypominającego wyładowania iglicowe,
które pełnią ważną rolę w diagnostyce padaczki. Cechą odróżniającą skoki potencjału związane
z patologią czynności elektrycznej mózgu, a nieszczelnym kontaktem elektrody ze skórą jest
fakt, iż wyładowania związane z niewłaściwym umocowaniem elektrody są widoczne na:
jednym (uszkodzonym) odprowadzeniu w przypadku odprowadzeń referencyjnych
jednobiegunowych;
dwóch elektrodach w przypadku odprowadzeń dwubiegunowych.
Jeśli zmiana kontaktu ze skórą nie ma gwałtownego charakteru, niewłaściwie zamocowana
elektroda może być źródłem powstawania zmian potencjału w zakresie pasm EEG, trudno
odróżnialnych od prawdziwej czynności elektrycznej. Jedyną cechą różnicującą ten artefakt od
sygnału EEG jest fakt jego występowania na pojedynczej elektrodzie, w przypadku
odprowadzeń jednobiegunowych i dwóch sąsiednich kanałach, będących lustrzanymi odbiciami
w przypadku odprowadzeń dwubiegunowych.
Pocenie się
Pocenie się badanej osoby prowadzi do:
Rozpuszczania klejów wodozmywalnych, za pomocą których elektrody przyczepiane są do
powierzchni głowy. Pogarsza to kontakt elektrody ze skórą.
Tworzenie zwarć pomiędzy elektrodami. Pot składający głównie z wody, soli i innych związków
chemicznych dobrze przewodzi prąd. W efekcie następuje redukcja impedancji pomiędzy
elektrodami i zmiana wartości mierzonego potencjału.
Wymienione powyżej zjawiska prowadzą do powstania w zapisie EEG bardzo wolnych, trwających
kilka sekund fal.
Mruganie
Bardzo silny artefakt, trudny do wyeliminowania z zapisu EEG, mogący się objawić na wszystkich
elektrodach, w szczególności zaś widoczny na odprowadzeniach przedczołowych i czołowych.
Źródłem tego artefaktu jest występująca pomiędzy rogówką a siatkówką różnica potencjałów
(sięgająca wartości kilku miliwotlów) oraz czynność elektryczna siatkówki o amplitudzie kilku
mikrowoltów. W trakcie mrugania gałki oczne skręcają nieznacznie ku górze (tzw. zjawisko Bella)
powodując nagły wzrost potencjału elektrycznego. Rogówka posiada potencjał dodatni względem
siatkówki, w związku z czym na odprowadzeniach przedczołowych i czołowych obserwuje się
wychylenie potencjału w kierunku dodatnich wartości względem potencjału na innych elektrodach.
Zwiększony potencjał na elektrodach czołowych utrzymuje się tak długo, jak skręcone ku górze
pozostają gałki oczne. Powrót gałek do pozycji spoczynkowej powoduje redukcję potencjału na
przednich elektrodach. Zmiana sygnału związana z artefaktem od gałki ocznej ma zatem charakter
„schodka”, jednakże filtry w które wyposażony jest wzmacniacz EEG powodują rozmycie i
wygładzenie tego zaburzenia, które przyjmuje łatwo rozpoznawalny kształt. Artefakt ten jest na tyle
silny, iż pomimo losowego występowania, uśrednianie sygnałów EEG mierzonych w trakcie
powtarzania tego samego paradygmatu doświadczalnego nie redukuje jego amplitudy w sposób
zadowalający. Środkami mogącymi zmniejszyć jego występowanie jest przewidzenie w trakcie
eksperymentu przerw na „wymruganie”, używanie środków nawilżających oczy (najlepiej w postaci
żeli, które długo pozostają na gałce), lekkie zmrużenie oczu.
Mrugnięcia
Ruchy gałek ocznych na boki
Źródło powstawania tych artefaktów jest takie samo jak w przypadku mrugania. W wyniku różnic
potencjałów pomiędzy siatkówką a rogówką, zmiana orientacji gałki ocznej w przestrzeni powoduje
zmianę pola elektrycznego i jego potencjału, który mierzymy. W przypadku skręcenia oczami w
prawą stronę, nastąpi wzrost mierzonego potencjału na elektrodzie skroniowej prawej — F8
(dodatnio naładowana część gałki przybliża się do tej elektrody) i jego spadek na elektrodzie leżącej
po przeciwnej stronie głowy — F7 (dodatnio naładowana część gałki odsuwa się do tej elektrody).
Dzięki temu artefakt ten jest łatwo rozpoznawalny. U osób z oczopląsem artefakt ten występuje
rytmicznie z częstością oczopląsu. Należy również pamiętać, że ruchy gałek ocznych są sterowane
mięśniami, w związku z czym nagłe i silne ruchu gałek na boki będą powodowały występowanie
wyładowań iglicowych związanych z czynnością mięśni. Amplituda tych wyładowań osiągnie
największą wartość na elektrodach F8 i F7.
Artefakt wywołany ruchem gałek ocznych w poziomie.
Elektryczna Czynność Mięśni — EMG
Na głowie człowieka znajdują się mięśnie, bądź przyczepy mięśni odpowiedzialnych głównie za
mimikę twarzy, ruchy gałek ocznych czy ruchy szczęki. W związku z powyższym artefakty mięśniowe
najsilniej będą rejestrowane przez elektrody czołowe oraz skroniowe (przednie i środkowe).
Artefakty te są znaczne silniejsze niż zapis EEG (mogą dochodzić do kilku mV), zaś ich widmo w
niskich częstościach pokrywa się z pasmem beta i gamma w EEG. Powstawaniu artefaktów EMG
sprzyja: niewłaściwe oświetlenie laboratorium (co powoduje mrużenie oczu), niewygodna dla
pacjenta pozycja — brak oparcia dla głowy, brak oparcia dla rąk i nóg, wykonywane testy
wymagające uwagi i koncentracji. W tym ostatnim przypadku, w trakcie rozwiązywania takiego
testu, cześć spośród badanych osób ma tendencję do marszczenia czoła, czy mrużenia oczu.
Marszczenie czoła.
Artefakt wywołany napięciem mięśni rąk.
Artefakt wywołany zaciskaniem zębów.
Czynność elektryczna serca
Artefakt ten pojawia się najczęściej rytmicznie wraz z czynnością elektryczną serca i przyjmuje
charakterystyczny dla niego kształt. Zdarza się jednak, że nie każdy kolejny cykl pracy serca zostanie
zmierzony przez elektrody EEG. Wtedy artefakt ten może być pomylony z wyładowaniami iglicowymi.
Najlepszą metodą detekcji tego artefaktu jest jednoczesny pomiar EEG i EKG. Zakłócenie związane z
EKG objawia się najsilniej na elektrodzie, które została umieszczona tuż nad jakąś tętniczką. Często
to ma miejsce w przypadku gdy jako elektrodę referencyjną wybrano elektrodę umieszczoną na
wyrostku sutkowatym (za uszami), gdzie u wielu osób przebiega właśnie mała tętniczka. Sygnały z
kanałów referencyjnych odejmowane są od sygnałów zarejestrowanych od pozostałych kanałów co
będzie w oczywisty sposób prowadzić do „rozpowszechniania się” artefaktu EKG po wszystkich
elektrodach. O ile to możliwe, należy zmienić nieznacznie pozycję elektrody, tak aby nie znajdowała
się ona nad tętniczką.
Żucie, ruchy języka
Artefakt związany z żuciem to głównie potencjały od czynności elektrycznej mięśni o częstości
występowania skorelowanej z rytmicznie powtarzającym się ruchem szczęk. Z kolei ruch języka
powoduje również czynność elektryczną ale nie mającą charakteru rytmicznego, przypominającą fale
delta.
Artefakt wywołany ruchem języka.
Artefakt wywołany żuciem.
Drżenie kończyn
Drżenie kończyn może być spowodowane chorobą (np. Parkinsona) lub długotrwałym siedzeniem w
mało komfortowej pozycji. Ruchy kończyn będą wywoływały także ledwo zauważalne ruchy głowy. W
sytuacji, gdy badana osoba cierpi na chorobę Parkinsona, drżenia kończyn prowadzą do powstania
rytmicznej fali o częstości 5-6 Hz przypominającej wyładowania padaczkowe. W celu lepszej detekcji
tego artefaktu wskazane jest rejestrowanie czynności EMG.
Chodzenie osób w pobliżu badanego
Chodzenie w pobliżu badanej osoby powoduje powstawanie artefaktu przypominającego fale ostre.
Artefakty związane z ruchem badanej osoby.
Wywołane są dowolnymi ruchami głowy i ciała badanej osoby i związaną z nimi czynnością
elektryczną mięśni. Powstałe potencjały są szerokopasmowe i mają znaczne amplitudy. Ruchy
badanej osoby prowadzą do:
ruchu elektrod, a w związku tym pogorszenia ich kontaktu ze skór, a nawet oderwania elektrod
od skóry;
zmiany strumienia pola elektromagnetycznego przechodzącego przez pętle utworzone przez
elektrody i wzmacniacz. Zgodnie z prawem indukcji Faradaya, zmiana strumienia w czasie
spowoduje powstaje siły elektromotorycznej.
Artefakt wywołany ruchem głowy.
Redukcja artefaktów
Kilka rad umożliwiających redukcję artefaktów, bądź ich lepsze rozpoznanie:
zadbać o położenie wzmacniacza EEG z dala od innych urządzeń i kabli. Umieścić go na
podkładce z tworzywa;
zadbać o komfortową pozycję dla pacjenta;
mierzyć czynność EKG, EMG i elektrookulogram wraz z EEG;
sporządzać notatki na temat zachowania się pacjenta (jeśli mamy możliwość obserwowania go)
— kiedy się poruszał, czy ktoś do niego podszedł np. celem poprawienia jakiegoś elementu
układu eksperymentalnego.
Ćwiczenia: rejestracja EEG z artefaktami oraz EEG
spoczynkowego
Przypomnij sobie:
procedurę zakładania czepka na głowie
przygotowanie skóry głowy
techniczne uwagi dotyczące pomiaru EEG.
Rejestracja
1. Dokonaj przynajmniej 25-minutowego zapisu EEG w systemie 10-20, jako elektrody
referencyjne wybierz elektrody uszne. Jednocześnie wraz z rejestracją EEG dokonaj pomiaru
sygnału EKG z odprowadzenia I Einthovena, EMG z szyi oraz elektrookulogamu. W trakcie
pomiaru, w wybranych chwilach czasu wykonaj:
mrugnięcie,
ruch językiem,
żucie,
napięcie mięśni rąk bądź nóg na tyle silne, aby wywołało drżenie,
ruch oczu w prawo,
ruch oczu w lewo,
zmarszczenie czoła,
zaciśnięcie zębów,
napięcie mięśni szyi,
ruch głową
Wszystkie powyższe czynności powinny być odseparowane od siebie w czasie. Osoba biorąca
razem z Tobą udział w eksperymencie powinna dokładnie zanotować moment wykonywania
przez Ciebie kolejnych ruchów. Następnie, poproś kolegę aby:
przez 30 sekund chodził za Tobą,
pogłaskał Cię po ramieniu
Kolega powinien odnotować czas wykonywania powyższych czynności.
2. Zarejestruj 10 minut sygnału EEG, w trakcie których badana osoba będzie siedziała z
otwartymi oczami oraz kolejne 10 minut w stanie czuwania z zamkniętymi oczami. Sygnał ten
będzie potrzebny w czasie kolejnych zajęć, więc zapisz jego kopię zapasową.
Praca z sygnałami
1. Po zakończeniu rejestracji otwórz w SVAROGu z pliku zapisany sygnał. Obejrzyj dokładnie
zarówno 2-minutowe odcinki sygnału pomiędzy wykonywanymi ruchami jak i w momencie
wykonywania ruchów. Scharakteryzuj powstałe artefakty pod względem amplitudy, długości
trwania, widma mocy i topografii.
2. Zmień referencje pomiaru z jednobiegunowego usznego na dwubiegunowy podłużny
bananowy. Ponownie przyjrzyj się zapisowi i scharakteryzuj artefakty.
3. Swój zapis sygnałów bioelektrycznych przekaż pozostałym grupom. Od nich otrzymasz również
zapisy. Na podstawie dotychczas zebranych wiadomości, dokonaj przeglądu otrzymanych
zapisów pod kątem występowania artefaktów. Pod dokonaniu analizy poproś grupy od których
otrzymałeś dane o informacje jakie ruchy były wykonywane w określonej chwili czasu. Sprawdź
poprawność dokonanych przez Ciebie oznaczeń artefaktów z informacjami dostarczonymi
przez kolegów
ICA (ćwiczenie dodatkowe)
Popularna w ostatnich latach metoda "czyszczenia" sygnału z artefaktów opiera się na analizie
składowych niezależnych.
Analiza składowych niezależnych (ang. Independent Components Analysis, ICA) to jedno z określeń
dla metod rozwiązywania problemu tzw. ślepej separacji źródeł (blind source separation, BSS).
Przyjęty model zakłada, że mamy do czynienia z następującą sytuacją: dane którymi dysponujemy (
— np. zapisy z kilku mikrofonów) są liniową mieszaniną kilku statystycznie niezależnych sygnałów (
— np. głosy kilku mówiących jednocześnie osób, tzw. cocktail party problem):
zwiemy macierzą mieszającą, a rozwiązania szukamy w postaci macierzy separującej
wektor sygnałów
, takiej, że
jest możliwie bliski (nieznanym) sygnałom . Wymóg niezależności statystycznej elementów
wymaga uwzględnienia statystyk rzędów wyższych niż 2, czyli korelacji (używanych w PCA).
Przetwarzanie wstępne polega często na wyzerowaniu statystyk do rzędu 2, czy odjęciu średniej i
obrocie diagonalizującym macierz kowariancji (zwykle PCA). Uzyskanie w prosty sposób dekorelacji
ułatwia działanie procedur realizujących dalsze wymagania niezależności. Realizowane są one
zwykle z pomocą sztucznych sieci neuronowych o specjalnie dobieranych regułach uczenia.
Procedura usuwania artefaktów polega na zerowaniu komponentów, które zidentyfikujemy -- na
przykład na podstawie kształtu, widma i rozkładu przestrzennego -- i odtwarzaniu sygnału z
pominięciem tych komponentów. Procedura jest zaimplementowania w programie Svarog, którego
aktualną wersję można ściągnąć stąd: http://www.fuw.edu.pl/~durka/svarog-1.0.10.zip